盤點全球低PUE數據中心
我們要介紹的是在IT基礎架構中扮演重要角色的數據中心。眾所周知，云計算時代已經到來，這預示著數據中心面臨的挑戰也更大，而數據中心的節能冷卻系統在其中更是備受人關注。
衡量數據中心能效的一個關鍵指標就是PUE（能量使用效率），它最初由微軟技術專家Christian Belady在2006年提出。目前， PUE已發展成為一個全球性的數據中心能耗標準。PUE的值等于數據中心總能耗與IT設備能耗的比值，比值越小，表示數據中心 的能源利用率越高，該數據中心越符合低碳、節能的標準。國外還提出了與之成倒數關系的DCiE（數據中心基礎設施效率）。 PUE和DCiE在2007年2月的時候，被綠色網格組織（Green Grid）定義為衡量數據中心的能效比指標。
PUE與DCiE指標
在正式介紹數據中心節能冷卻系統之前，讓我們先來看看全球幾大低PUE值數據中心（PUE<1.10）。
1、雅虎“雞窩”式數據中心（PUE=1.08）
雅虎在紐約洛克波特的數據中心，位于紐約州北部不遠的尼亞加拉大瀑布，每幢建筑看上去就像一個巨大的雞窩，該建筑本身就是一個空氣處理程序，整個建筑是為了更好的‘呼吸’，有一個很大的天窗和阻尼器來控制氣流。
雅虎“雞窩”式數據中心
2、Facebook太陽能數據中心（PUE=1.07）
Facebook在俄勒岡州建成了一個大型數據中心，其部分供電由太陽能電池板陣列來供應。該數據中心太陽能電池陣列可以提供100千瓦的電力供應，其主要應用在輔助設施方面，例如低功耗的機械室和辦公區域。
Facebook數據中心太陽能板
3、惠普EcoPOD模塊化數據中心（PUE=1.05）
可容納多達44個工業標準的 IT設備和超過4400臺服務器。通過兩個冷通道或一個共享的八英尺散熱通道來實現，降低了維護難度。Eco POD三大特點：自然進氣的惠普自適應冷卻技術；全球最快12周交付客戶使用；減少75%投資成本
惠普EcoPOD模塊化數據中心
4、梅林模塊化數據中心（PUE=1.08）
將集裝箱數據中心整合，組成了一個大的服務器集群。每個集裝箱數據中心都由4個部分組成，可以實現快速部署。另外，梅林數據中心模塊80%的材料是可以回收的，大大降低了污染，從而實現低碳化。
梅林模塊化數據中心
常見數據中心冷卻系統
由于數據中心的發熱量很大且要求基本恒溫恒濕永遠連續運行，因此能適合其使用的空調系統要求可靠性高（一般設計都有冗余備機）、制冷量大、溫差小和風量大。下面，我們簡要介紹下適合數據中心部署的空調冷卻系統。
1、風冷精密空調
這是數據中心最傳統的制冷解決方案，單機制冷能力一般都在50到200KW之間，一個數據機房一般都是安裝多臺才能滿足需要。下面是風冷精密空調的工作原理圖。
風冷精密空調工作原理圖
風冷精密空調一般采用渦旋壓縮機制冷（一般安裝在精密空調內），能效比相對比較低，在北京地區一般在1.5到3之間（夏天低，冬天高）。風冷精密空調在大型數據中心中使用存在以下不足：
●安裝困難
●在夏天室外溫度很高時，制冷能力嚴重下降甚至保護停機
●對于傳統多層電信機房，容易形成嚴重的熱島效應
●需要開啟加濕除濕功能，消耗大量能源
2、離心式水冷空調系統
這是目前新一代大型數據中心的首選方案，其特點是制冷量大并且整個系統的能效比高（一般能效比在3到6之間）。離心式制冷壓縮機的構造和工作原理與離心式鼓風機極為相似。但它的工作原理與活塞式壓縮機有根本的區別，它不是利用汽缸容積減小的方式來提高氣體的壓力，而是依靠動能的變化來提高氣體壓力。
離心式水冷空調系統
水冷冷凍機組的工作原理
離心式冷凍機組在小負荷時（一般為滿負荷的20%以下）容易發生喘振，不能正常運轉。因此，在數據中心水冷空調系統的設計中一般先安裝一臺小型的螺桿式水冷機組或風冷水冷機組作為過渡。大型數據中心的水冷空調系統一般由以下五部分組成，示意圖如下。
水冷空調系統示意圖
冷卻技術和DC選址
免費冷卻技術指全部或部分使用自然界的免費冷源進行制冷從而減少壓縮機或冷凍機消耗的能量。目前常用的免費冷源主要是冬季或春秋季的室外空氣。因此，如果可能的話，數據中心的選址應該在天氣比較寒冷或低溫時間比較長的地區。在中國，北方地區都是非常適合采用免費制冷技術。
數據中心在環境溫度較低的季節，將室外空氣經過過濾后直接送入機房作為冷源，也能節省大量能源，稱為風冷自然冷卻。這種自然冷卻方式原理比較簡單，成本也比較低，但存在以下不足之處：
●空氣潔凈度不易控制
●空氣濕度不易控制
●溫度過低易結露
●無法實現全年自然冷卻
因此，在大型數據中心中對自然環境要求較高，因此不推薦使用風冷自然冷卻方式。
采用水冷空調系統，當室外環境溫度較低時，可以關閉制冷機組，采用板式換熱器進行換熱，稱為水冷自然冷卻。這樣減少了開啟冷機的時間，減少大量能源消耗。有專家建議，濕球溫度在4℃以下時可以滿足完全自然冷卻，在濕球溫度4到10℃之間可 是實現部分自然冷卻。
大型數據中心水冷系統參考示意圖
另外，近年來也有采用封閉冷通道進行冷卻進而節省能源的做法。地板下送風，天花板上回風，精密空調設置單獨安裝在設備間，機柜面對面擺放冷熱通道隔離并實現冷通道封閉（防止冷氣短路），示意圖如下。
示意圖
冷通道封閉要求做到以下四點：
●地板安裝必須不漏風
●冷通道前后和上面要求完全封閉，不能漏風。
●機柜前部的冷通道必須封閉，沒有安裝設備的地方必須安裝盲板，建議使用免工具盲板。
●地板下電纜、各種管道和墻的開口處要求嚴格封閉，不能漏風。
地板下方除了消防管道外，盡可能不要安裝任何電纜、線槽或管道，因為這些干擾物會干擾地板下空間的送風氣流分布，增加風阻，使不同機柜中設備的冷卻性能不均勻。
每個機柜的功率密度低于3KW時建議地板的高度為600mm，功率密度在3到5KW之間地板高度建議800mm，功率密度大于5KW時建議 地板高度為1000mm。
冷熱通道和機柜布局
冷熱通道和機柜布局
由于防靜電地板的尺寸為600mmX600mm，因此對于單個機柜功率密度小于5KW時的最佳布局是7塊地板擺兩排機柜。而對于高密度機柜，可以根據功率密度和通風地板的通風率決定8塊或9塊地板擺放兩排機柜。
京公網安備 11010502049343號